În cadrul experimentului, s-a reușit reproducerea materialelor descoperite pe asteroizi, ceea ce a oferit noi indicii despre originea substanțelor organice din cosmos.
Cuprins
Cercetarea originii și compoziției prafului cosmic are o importanță centrală pentru astrofizică . Acest material, compus în principal din elemente ușoare, precum carbon , hidrogen , oxigen și azot , circulă între stele și sisteme planetare și este considerat esențial pentru înțelegerea proceselor care au dus la apariția moleculelor organice complexe , fundamentale pentru viață .
Un nou studiu, publicat în revista The Astrophysical Journal, prezintă rezultatele experimentelor efectuate la Universitatea din Sydney, în cadrul cărora cercetătorii au reușit să recreeze în laborator condițiile care duc la formarea prafului cosmic în mediile stelare. Studiul, realizat de Linda Losurdo și David McKenzie, oferă noi instrumente pentru diferențierea diverselor procese care modifică acest material și deschide posibilități pentru interpretarea caracteristicilor chimice ale meteoriților și asteroizilor — indicii în compoziția lor moleculară care pot dezvălui originea și istoria acestor corpuri.
Limbajul ascuns al prafului cosmic
Cercetătorii au sintetizat praf cosmic artificial într-un reactor pentru a imita procesul de naștere a materialelor în stele. Analizând aceste probe, ei au reușit pentru prima dată să separe două „semnături” chimice care sunt adesea confundate: semnăturile cauzate de bombardamentul ionic (coliziuni puternice ale particulelor vântului stelar, care distrug praful în momentul nașterii sale) și semnăturile cauzate de tratarea termică (procesul ulterior, mai lent, de încălzire, care ordonează structura sa).
Cercetătorii au utilizat o metodă statistică avansată ( PCA ), care acționează ca un filtru pentru separarea informațiilor amestecate. Datorită acestui fapt, ei au descoperit că praful cosmic păstrează diferite urme în funcție de ceea ce s-a întâmplat cu el în spațiu: bombardamentul ionic lasă urme de reacții chimice haotice și rapide, cauzate de coliziunile particulelor, în timp ce căldura lasă urme de schimbări mai lente și mai ordonate.
Analizând aceste semnale cu ajutorul luminii infraroșii , ei au observat că praful cultivat în laborator este practic identic cu cel conținut în meteoriții și asteroizii reali. Aceasta înseamnă că acum au la dispoziție un instrument pentru a utiliza fragmente de asteroizi, precum Bennu sau Ryugu, ca și cum ar fi „cutia neagră” a unui avion: studiind compoziția lor chimică, pot reconstitui istoria lor și afla cu exactitate la ce temperaturi au fost supuși și la ce nivel de radiații în timpul călătoriei lor prin Univers.
„Nu mai trebuie să așteptăm ca un asteroid sau o cometă să ajungă pe Pământ pentru a le înțelege istoria. Medii similare pot fi create în laborator și structura lor poate fi reconstituită cu ajutorul spectroscopiei în infraroșu. Acest lucru ne va permite să înțelegem mult mai profund cum se poate forma praful cosmic carbonat în plasma emisă de stelele gigantice antice sau în leagănele cosmice, unde se nasc stelele, și cum distribuie aceste molecule uimitoare, care pot fi vitale pentru viață. Este ca și cum am recrea în laboratorul nostru o mică bucată din Univers într-o sticlă”, se arată în declarația oficială a lui Losurdo .
Experimentele au fost efectuate la Universitatea din Sydney, utilizând un reactor cu plasmă, un dispozitiv care permite recrearea condițiilor spațiale în laborator. Autorii explică că praful a fost format din gaze primare în diferite condiții care imită mediul spațial, ceea ce a permis crearea unei baze de date cu imagini chimice (spectre).
Echipamentul a fost conectat la o pompă de vid puternică pentru a elimina tot aerul și impuritățile din interiorul containerului. Această etapă este crucială, deoarece permite atingerea unei presiuni extrem de scăzute (aproape egală cu vidul spațiului cosmic), garantând că numai gazele introduse ulterior (azot, dioxid de carbon și acetilenă) intră în reacție. Acest lucru garantează puritatea pulberii obținute și absența contaminării cu oxigen sau gaze din atmosfera terestră.
Pulberea a fost aplicată pe plăci de siliciu, situate la distanțe diferite de sursa de energie, ceea ce a permis obținerea de probe cu niveluri diferite de „impact” al particulelor sau de bombardament ionic. Apoi, probele au fost încălzite la diferite temperaturi într-un cuptor cu vid, pentru a imita efectul căldurii în timp.
Pentru a analiza rezultatele, cercetătorii au utilizat microscoape puternice și radiații infraroșii, pentru a observa atât forma prafului, cât și structura componentelor sale chimice. Ei au reușit să identifice reguli clare și să separe pentru prima dată efectele cauzate de coliziunile particulelor și efectele cauzate de încălzire. Conform studiului, graficele obținute arată ce semnale chimice se intensifică în timpul bombardamentului și care se modifică odată cu temperatura. Această diferență permite efectuarea unei analize sistematice a probelor de praf, atât terestre, cât și colectate în spațiu.
Cum ajută datele de laborator la înțelegerea spațiului
Rezultatele studiilor de laborator sunt utilizate pentru interpretarea informațiilor conținute în probele de praf cosmic colectate în spațiu. Conform studiului, această metodologie funcționează ca un instrument de măsurare: ea permite cercetătorilor să preleveze o probă necunoscută și, comparând datele acesteia cu curbele obținute în experiment, să determine cu precizie temperatura maximă la care a ajuns și intensitatea impactului particulelor la care a fost supusă în spațiu.
Posibilitatea de a diagnostica această istorie fizică și chimică ajută astronomii să determină în ce zone ale Universului există condiții ideale pentru formarea moleculelor organice complexe. Acest lucru este esențial pentru analiza probelor prelevate de pe asteroizi și comete care ajung pe Pământ, precum și pentru înțelegerea locului și modului în care ar fi putut apărea procesele chimice necesare vieții în Universul timpuriu.
Autorii subliniază că abordarea lor permite oamenilor de știință să descifreze trecutul substanțelor organice extraterestre, analizând pur și simplu interacțiunea acestora cu lumina infraroșie . Mai mult, ei sugerează că, dacă această bază de date va continua să se extindă, informațiile vor putea fi încărcate în sisteme de inteligență artificială pentru clasificarea și analiza automată a noilor probe în viitoarele misiuni spațiale. În cele din urmă, descoperirea lui Losurdo și Mackenzie oferă instrumente cheie pentru a descoperi originea materialelor care au permis apariția vieții pe Pământ și modul în care aceleași procese chimice se pot dezvolta în alte sisteme planetare.
